شبیه سازی و بهینه سازی واحد 4700 پتروشیمی ایلام توسط اسپن هایسیس

مقدمه

در این واحد هدف جداسازی ترکیبات سبک و سپس خالص سازی پروپیلن برای واکنش پلیمریزاسیون می باشد. واحد 4700 برش C3 را برای خالص سازی به واحد 4600 ارسال نموده و پس از رسیدن به گرید پلیمری به راکتورهای پلیمریزاسیون ارسال می گردد. پروپان جداسازی شده نیز به منظور استفاده مجدد به کوره های الفینی ارسال می گردد. مواد خام از جمله پروپیلن، اتیلن نیتروژن و هیدروژن برای حذف سموم کاتالیزور پلیمریزاسیون قبل از استفاده در سیستم واکنش استفاده می شوند. سموم کاتالیزوری که اغلب با آنها مواجه می شوند عبارتند از: اکسیژن. ترکیبات حاوی اکسیژن گوگرد ترکیبات حاوی گوگرد هیدروکربن های بسیار غیر اشباع، مونوکسید کربن و دی اکسید کربن. مواد فوق الذکر در تجهیزاتی جاذبی متشکل از کاتالیزور بستر ثابت و بسترهای جاذب تصفیه می گردند.

به منظور احیا بستر ها و حذف سموم موارد زیر ارائه گردیده شده:

آب : پروپیلن، اتیلن، هیدروژن و نیتروژن
H₂S و COS : پروپیلن و اتیلن

هدف

هدف از ایجاد شبیه سازی بررسی اولیه واحد فرآیندی به منظور به روز رسانی جداول HMB و نقشه PFD می باشد. در این شبیه سازی هیچگونه تجهیز اضافه نشده و مطابق نقشه های PFD به شماره های زیر می باشد:

1227-DE-47-PR-PFD-001-02
1227-DE-47-PR-PFD-002-02
1227-DE-47-PR-PFD-003-02

هدف از انجام این گزارش؛ شبیه سازی و بررسی اولیه برج های واحد مورد نظر و به ویژه بررسی برش های برج های C4701-C4702-C4703 می باشد. نرم افزار مورد استفاده در این کار Aspen HYSYS V.14 می باشد که با سیستم با مشخصات زیر انجام گردیده:

مشخصات سیستم شبیه سازی

واحد 4700 – تصفیه پروپیلن

در این واحد خوراک پروپیلن تصفیه نشده با نسبت تقریبی 9 به 1 از پروپیلن و پروپاپ به ترتیب وارد این واحد می گردد. با توجه به اینکه خوراک مورد نظر علاوه بر پروپان حاوی ترکیباتی از قبیل آب، مونو اکسید کربن، دی اکسید کربن، ترکیبات گوگردی و همچنین اتان و ترکیباتی سنگین تر از پروپان (بنزین پیرولیز) می باشد، نیاز به عملیات خالص سازی در این واحد در جهت تولید پروپیلن گرید پلیمری انجام می گردد. لذا بدین منظور خوراک ورودی با درصد مشخصه جدول زیر وارد این واحد شده که فرآیند خالص سازی و جداسازی طی 4 مرحله اصلی صورت گیرد.

آنالیز خوراک ورودی به واحد 4700 – شبیه سازی

شرح فرآیند

خوراک ورودی به این واحد ابتدا جهت حذف آب از بستر های جذب رطوبت V-4702 A/B عبور می کند و عملیات احیای این بستر ها در زمان اشباع شدن به کمک جریان پروپیلن خشک خروجی انجام می گردد. بدین صورت که بخشی از جریان خروجی وارد هیتر های E-4708 و E-4709 می شود و جریان ورودی تا دمای مطلوب احیا شدن جریان گرم شده و سپس وارد بستر های جذب می گردد و عملیات احیا روی جاذب مورد نظر می گردد. با توجه به اینکه جریان سیال احیا کننده، آب و برخی سموم جذب شده از قبیل ترکیبات اسیدی همچون CO, H2S جذب شده بر روی سطوح جاذب ها را با خود آزاد و حمل می کند، وارد وسل V-4706 می گردد. پس از عبور از بخش Caustic Wash مخزن شماره V-4707 مجددا وارد خط خوراک اصلی شده و این سیکل تکرار می پذیرد.

در این بخش جریان احیا از یک ستون NaOH 20 درصد عبور داده شده و با این عمل ترکیبات گوگردی و اسیدی جذب کاستیک می شوند. با توجه به اینکه پس از مدتی مقدار ترکیبات اسیدی موجود در کاستیک مورد استفاده در آن مخزن افزایش پیدا می کند، این کاستیک مصرف شده (Spent Caustic) از مخزن تخلیه و به خارج از مجتمع (O.S.B.L) جهت احیا انتقال داده میشود. نقشه فرآیندی این بخش در صفحه زیر نمایش داده شده است.

نقشه فرآیندی بخش اول واحد 4700

شرح شبیه سازی

در این بخش شبیه سازی در حالت پایا برای واحد 4700 بر اساس اطلاعات PFD و آنالیز خوراک، و طراحی واحد انجام و نتایج حاصل از جریان های خروجی در بخش های جذب گزارش داده شده است. جذب گاز های اسیدی و بخار آب موجود در خط لوله ورودی به کمک نرم افزار Aspen HYSYS امکان پذیر نبوده و در صورت نیاز باید در ADSIM شبیه سازی گردد. اما به عنوان مدل فرآیندی در شبیه سازی آورده شده است.

نمایی کلی از شبیه سازی واحد در نرم افزار ASPEN HYSYS .

نکته قابل توجه این است که نقشه های PFD واحد که شبیه سازی بر اساس آن انجام گردیده با خوراک متفاوتی توسعه داده شده است. با توجه به تغییر خوراک ورودی (به خصوص مقدار C2 , C3) و درصد مقادیر Components های مختلف تاثیر بسیاری در خروجی شبیه سازی گذاشته. این و Deviation , Fluctuation به قدری است که نیاز است طراحی فرآیند بر اساس SOR و EOR فرآیند توسعه داده شود. در شکل زیر شبیه سازی Sheet 002 نمایش داده شده است.

شبیه سازی شیت شماره 2

نتیجه گیری

در این گزارش شبیه سازی واحد 4700 مجتمع پلی پروپیلن ایلام مورد مطالعه و بررسی شد. شبیه سازی توسط نرم افزار ASPEN HYSYS V 14 بر اساس نقشه های PFD ویرایش 2 موجود انجام گردید. اطلاعات خوراک ورودی به واحد در مقایسه با نقشه های PFD تغییر پیدا کرده، لذا آنالیز جدید در شبیه سازی وارد شده است. نتایج حاکی از آن است که خوراک ورودی نسبت به قبل سنگین تر شده و برش های سبک آن کمتر شده است. مقدار پروپیلن و پروپان کمتری برای واحد 4600 ارسال می گردد که این موضوع واحد های پایین دست را نیز دچار تغییر خواهد کرد.

یکپارچگی فرآیندی و شبیه سازی جدید می بایست صورت بگیرد تا جداول جدید موازنه جرم و انرژی بدست آید. به منظور شبیه سازی دقیق و یکپارچه سازی پیشنهاد می گردد مطالعات در نرم افزار ASPEN PLUS در حالت Rate based انجام پذیرد.